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一种可分离陆空两栖机器人及分离组合控制方法
| 专利名称： | 一种可分离陆空两栖机器人及分离组合控制方法 |
| 摘要： | 一种可分离陆空两栖机器人及分离组合控制方法，包括四轴飞行器和蛇形机器人，蛇形机器人是通过连接在四轴飞行器的下底板的下端面上的电磁铁和连接在蛇形机器人顶部的铁块能够分离和组合的连接在一起，其中四轴飞行器的下底板的下端面上还设置有用于检测四轴飞行器与蛇形机器人相对位置的摄像头模块，蛇形机器人的顶部设置有用于检测四轴飞行器与蛇形机器人相对距离的超声模块。本发明地面机器人和空中机器人能在适当时候自动进行分离组合。具有复杂地形行走和空中飞行能力，可解决单一类型的空中机器人或陆地机器人运行空间受限、侦查效率低的问题，在抢险救灾、地质灾害勘探、安全生产事故调查、反恐防暴等应急侦查领域有着广泛的应用前景。 |
| 专利类型： | 发明专利 |
| 国家地区组织代码： | 天津;12 |
| 申请人： | 中国民航大学 |
| 发明人： | 钟伦珑;兰二斌;杨登杰;刘展清;张耀师;覃继灿 |
| 专利状态： | 有效 |
| 申请日期： | 2019-05-27T00:00:00+0800 |
| 发布日期： | 2019-09-17T00:00:00+0800 |
| 申请号： | CN201910448253.8 |
| 公开号： | CN110239297A |
| 代理机构： | 天津市北洋有限责任专利代理事务所 |
| 代理人： | 杜文茹 |
| 分类号： | B60F5/02(2006.01);B;B60;B60F;B60F5 |
| 申请人地址： | 300300 天津市东丽区津北公路2898号 |
| 主权项： | 1.一种可分离陆空两栖机器人，包括四轴飞行器(1)和蛇形机器人(3)，其特征在于，所述的蛇形机器人(3)是通过连接在所述四轴飞行器(1)的下底板(2)的下端面上的电磁铁(20)和连接在所述蛇形机器人(3)顶部的铁块(11)能够分离和组合的连接在一起，其中所述四轴飞行器(1)的下底板(2)的下端面上还设置有用于检测四轴飞行器(1)与蛇形机器人(3)相对位置的摄像头模块(21)，所述蛇形机器人(3)的顶部设置有用于检测四轴飞行器(1)与蛇形机器人(3)相对距离的超声模块(12)。 2.根据权利要求1所述的可分离陆空两栖机器人，其特征在于，所述的蛇形机器人(3)包括有：结构相同且依次设置的位于前部的第一车轮(4)、位于中部的第二车轮(5)和位于后部的第三车轮(6)，其中，所述的第二车轮(5)的底盘上通过前后设置的开口向上的第一舵机U型支架(7)和第二舵机U型支架(8)对称的连接有蛇形机器人前部机构的根部和蛇形机器人后部机构的根部，所述蛇形机器人前部机构的端部固定连接在所述第一车轮(4)的底盘上，所述蛇形机器人后部机构的端部固定连接在所述第三车轮(6)的底盘上，所述的第二车轮(5)底盘上方通过设置在四个端角上的支撑柱(9)设置有顶板(10)，所述的铁块(11)和超声波模块(12)分别设置在所述顶板(10)上，所述顶板(10)上还设置有用于控制蛇形机器人(3)的控制单元，所述第一车轮(4)、第二车轮(5)和第三车轮(6)分别设置有通过导线与所述的控制单元相连接的直流电机(31)。 3.根据权利要求1所述的可分离陆空两栖机器人，其特征在于，所述的电磁铁(20)和铁块(11)分别设置2个以上，且对称设置。 4.根据权利要求2所述的可分离陆空两栖机器人，其特征在于，所述的蛇形机器人前部机构与所述的蛇形机器人后部机构结构相同，均包括有：连接在所述第一舵机U型支架(7)或第二舵机U型支架(8)的U型槽内的第一舵机(13)，连接在所述第一舵机(13)远离第二车轮(5)一侧的第三舵机U型支架(14)，连接在所述第三舵机U型支架(14)远离第一舵机(13)一侧的第二舵机(15)，依次连接在所述第二舵机(15)远离第三舵机U型支架(14)一侧的第四舵机U型支架(16)和第五U型支架(17)，所述第五U型支架(17)的凹槽内连接有第三舵机(18)，所述第三舵机(18)通过第六U型支架(19)连接在所述第一车轮(4)或第三车轮(6)的底板上，所述第一舵机(13)、第二舵机(15)和第三舵机(18)的控制端分别通过导线连接设置在顶板(10)上的控制单元。 5.一种权利要求1所述的可分离陆空两栖机器人的分离方法，其特征在于，当可分离陆空两栖机器人着陆后，通过遥控器(22)经四轴飞行器遥控器接收机(23)向飞行控制器(24)发送分离控制指令，飞行控制器(24)控制继电器(25)断开电磁铁(26)的电源，电磁铁(26)与铁块(11)分离，从而四轴飞行器(1)与蛇形机器人(3)分离。 6.一种权利要求1所述的可分离陆空两栖机器人的组合方法，其特征在于，包括如下步骤： 1)通过遥控器(22)经蛇形机器人遥控器接收机(29)向蛇形机器人控制器(29)发送指令，使蛇形机器人(3)运动至四轴飞行器(1)下方； 2)通过遥控器(22)经蛇形机器人遥控器接收机(29)向蛇形机器人控制器(29)发送指令，调整蛇形机器人(3)位置直至位于四轴飞行器(1)上的摄像头模块(21)能够识别到蛇形机器人(3)的顶板(10)轮廓； 3)摄像头模块(21)采集的所述顶板(10)轮廓的图像信息通过图传接收机(26)传到上位机(27)，所述上位机(27)进行图像的识别定位，得到水平方向的平移值和角度差； 4)上位机(27)将图像识别定位得到的水平方向的平移值和角度差经无线数传给蛇形机器人控制器(29)； 5)蛇形机器人控制器(29)接收控制指令，通过电机驱动模块(30)控制直流电机(31)驱动第一车轮(4)、第二车轮(5)和第三车轮(6)移动，同时通过舵机控制板(34)控制蛇形机器人前部机构和蛇形机器人后部机构中的第一舵机(13)、第二舵机(15)和第三舵机(18)调整蛇形机器人(3)的移动方向； 6)上位机(27)自动判断是否定位完毕，否则返回步骤4)，是则进入下一步骤； 7)蛇形机器人控制器(29)收到来自上位机定位完毕的信号，控制所述的第一舵机(13)、第二舵机(15)和第三舵机(18)调整蛇形机器人(3)拱起； 8)超声模块(12)将四轴飞行器(1)与蛇形机器人(3)结合部位之间的相对距离反馈给蛇形机器人控制器(29)； 9)蛇形机器人控制器(29)判断超声模块(12)反馈的距离是否在设定范围，否则返回步骤7)，是则进入下一步骤； 10)组合完毕。 7.根据权利要求6所述的可分离陆空两栖机器人的组合方法，其特征在于，步骤3)所述的上位机(27)进行图像的识别定位，包括： (1)将采集的图片进行灰度变换、图像降噪和均衡化处理； (2)对处理后的图片采用Canny算子进行边缘检测； (3)由于受到蛇形机器人(3)结构的影响，边缘检测环节环境复杂提取到的边缘轮廓比较多，需要根据目标轮廓的特征对提取的轮廓进行筛选，将目标轮廓的面积、周长作为筛选的条件，选出与目标轮廓的面积、周长相符的轮廓； (4)利用图像矩计算选出的轮廓的中心点坐标和旋转角度； (5)与存储的图像模板进行匹配，得到水平方向的平移值和角度差。 8.根据权利要求7所述的可分离陆空两栖机器人的组合方法，其特征在于，第(1)步所述的灰度变换是采用如下三种方式中的一种： (1.1)通过求目标图像中每个颜色分量的最大值来进行灰度变换， f(x,y)＝max(R(x,y),G(x,y),B(x,y)) (1) 其中，f是灰度图像的二维矩阵；R、G、B分别为原始图像的三通道的二维矩阵；x为原始图像的横坐标，y为原始图像的纵坐标； (1.2)平均值法 通过求原始图像的全部颜色分量的平均值来进行灰度变换 f(x,y)＝(R(x,y),G(x,y),B(x,y))/3 (2) (1.3)加权平均法 加权平均法是在平均值法的基础上通过对R、G、B三通道进行权值分配后再计算平均值来做灰度变换，如下给出的是权值分配公式： f(x,y)＝0.299*R(x,y),0.587*G(x,y),0.114*B(x,y) (3)。 9.根据权利要求7所述的可分离陆空两栖机器人的组合方法，其特征在于，第(4)步是采用低阶图像矩计算选出的轮廓的中心点坐标和旋转角度，包括： 一阶几何矩： M1,0和M0,1分别是X轴和Y轴的一阶几何矩，灰度图像的中心由如下公式求得： 点表示了图像的几何中心； 二阶几何矩： 其中， 二阶几何矩包含了图像的方向和大小，θ表示图像的形状方向角；M2,0、M0,2和M1,1为灰度图像的二阶几何矩。 |
| 所属类别： | 发明专利 |
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